我々は、色の沈殿物を対照することによって三つの異なるmRNAの分布パターンの同時および特定の検出を可能にする、完全なショウジョウバエの胚におけるマルチターゲット発色性ホールマウントin situハイブリダイゼーション (MC-WISH)の手順を説明します。
胚発生および器官形成の間に活性な遺伝子調節ネットワークを解析するためには、正確に異なる遺伝子をその場で互いに空間的関係で表現する方法を定義することが不可欠です。マルチターゲット発色ホールマウントin situハイブリダイゼーション (MC-WISH)は、同じサンプル試料の色の対比で異なるmRNA種の独特の視覚化を可能にするように大きく、遺伝子発現パターンの瞬間比較を容易に 。これにより、高精度な地形的相互に遺伝子発現ドメインを関連付けるために、固有の重複発現部位を定義する可能性を提供します。提示されたプロトコルでは、我々は、 ショウジョウバエ胚における種々の遺伝子のmRNA発現パターンを比較するためにMC-WISH手順を説明します。 3 RNAプローブを、それぞれ別の遺伝子に特異的な、異なるハプテンによって標識まで、同時に胚サンプルにハイブリダイズされ、その後、アルカリによって検出NEフォスファターゼ基づく比色免疫組織化学。説明する手順は、 ショウジョウバエのためにここで詳述するが、ゼブラフィッシュ胚と同様に動作します。
in situハイブリダイゼーション(ISH)は、細胞、組織および生物体1内の形態学的な文脈におけるRNA転写物の検出及び局在化のための標準的な方法です。 ISH法によって生成された信号は、一般的に、放射性、蛍光および発色検出システムによって可視化されます。近年、蛍光ISH(FISH)2の重要な技術的進歩は、単一分子3,4 .Whileまでの検出および定量RNA発現の単一細胞およびサブ細胞レベルでの及びRNAの可視化を可能にする、劇的に改善された感度と分解能が得られました洗練された単一分子FISH法は、より専門的な用途に使用され、発色ISHは、研究および臨床診断においてインサイチュ検出方法においてルーチンRNAとして普及しています。発色検出用の酵素の沈殿反応が部位に対照的な色に見える製品を生成した、使用されていますハイブリダイゼーション5。これは、RNAの可視化ルーチン組織学的染色および形態学的状況に組み合わせることができる利点は、標準的な明視野顕微鏡により直ちに明らかです。また、適用される色基質の多数は、永久的な試料調製が5を得ることができるように、有機および/ または水性マウント媒体中で安定な析出物を生じます。
ショウジョウバエでは、初期ISHプロトコルを切片材 6上の転写産物を検出するための放射性同位体で標識したプローブを適用しました。それは、組織切片からの全胚または臓器系の完全な転写パターンを再構築することは困難であるが、非放射性標識プローブを用いた発色ISH法の適用は、全マウント7にRNAの分布を検出するグローバルすることができます。発色性ISHの多くのバリエーションが存在するが、典型的にin situハイブリダイゼーション (WISH)プロトコルHYB でホールマウントridizedハプテン標識プローブは、レポーター酵素に結合した抗ハプテン抗体によって検出されたmRNA転写物は、沈殿色原体によって可視化されます。
レポーターによって生成異なる色の沈殿物のパレットは、アルカリホスファターゼ(AP)、西洋ワサビペルオキシダーゼ(POD)、およびβ-ガラクトシダーゼ(GAL)1における複数のターゲットの特徴的な検出と同じサンプル8-14を可能にする酵素。しかしながら、POD酵素活性は、限られた時間の間持続し、追加(チラミド)シグナル増幅なしで15以下豊富な転写物の検出は、これらの酵素に挑戦することができるようにGAL比色反応は、幾分敏感です。対照的に、APの永続的な活性が長く持続する基質代謝回転と高い信号対雑音比を可能にします。そのため、異なる色の基質とAPレポーター酵素を用いて順次検出が効果的に成功を収めており、単一胚における最大3つの異なる転写産物の特徴的な検出10-12,16。
このマルチターゲット発色WISH(MC-WISH)方式( 図1)14のために、標識アンチセンスRNAプローブを、 インビトロ転写によって生成され、利用可能なハプテンラベルの1つでマーク。胚は、ホルムアルデヒド固定し、メタノール処理およびプロテイナーゼK消化することによって透過されます。胚のハイブリダイゼーションは同時に異なる遺伝子にそれぞれ特異的な3つまでの異なる標識アンチセンスRNAプローブを用いて行われます。ストリンジェンシー洗浄により未結合のプローブを除去した後、各ハプテン標識は、検出の別々のラウンドで可視化されます。単一の検出ラウンドは、ローカライズされた安定した色の沈殿物を生成し、AP-基板を適用することにより、APとRNAの可視化に結合した抗ハプテン抗体と胚のインキュベーションで構成されています。抗体検出および染色した後、適用される抗体-AP conjuゲートは、低pH洗浄によって除去されます。多色実験では、検出の各ラウンドは、異なるハプテン標識を標的とする抗体を使用し、各転写パターンが異なる色の基板( 表1)によって可視化されます。胚はグリセロールで取り付けられ、微分干渉コントラスト(DIC)光学系を用いた高解像度複合顕微鏡で撮像されます。
放射性標識された核酸プローブとのインサイチュハイブリダイゼーション(ISH)は、しばしば、組織切片上でRNAの局在を検出するために使用されます。放射性ISH法は、しかし、それほど敏感で時間がかかり、全体マウントで完全な転写物の分布パターンの感謝を許可していません。対照的に、本明細書に記載のMC-WISH法は、無傷の胚内での色の対比において、複数の遺伝子発現ドメインの直接比較を可能にします。 MC-WISHは、組織学的コンテキストが直ちに明らかと標準明視野顕微鏡によって簡単に可視化するという利点を有します。これは、可能性が高い精度で互いに地形的遺伝子発現ドメインに関連し、高速で信頼性の高い方法で、ユニークで重複発現部位を定義するために提供します。一方、多重化された蛍光ISH(FISH)は、感度、解像度に関して、より強力であり、細胞の、あるいはサブセルラー再あれば好ましく、使用されていますmRNA検出の溶液が必要です。
MC-WISHによってマップされた転写物の広いスペクトルは、実質的に任意の転写物が胚でなく、幼虫および成体組織およびショウジョウバエ以外の種だけでなく分析することができることを示唆しています。実際、 ショウジョウバエのためにここで詳述説明する手順は、ゼブラフィッシュ胚11,16,22と同様に効率的に動作します。また、MC-WISH法は無脊椎動物および脊椎動物胚および組織標本の多種多様に適用できます。
ハプテン – ラベルとプローブ濃度
私たちは日常的にRNAプローブのハプテン標識としてフルオレセイン、ジゴキシゲニン、及びビオチンを使用しています。また、ジニトロフェノールで標識されたプローブは、ゼブラフィッシュWISH実験23-25 に導入された、適用されてもよいです。フルオレセインは、最高の中古Fとなるように、フルオレセイン標識プローブは、他のハプテンのラベルと比較してより低い感度を表示または豊富な転写産物の検出。各新たに転写されたプローブは、最初にその性能を基質としてBCIP / NBTまたはファストレッドを使用していずれかで評価された単一のWISH実験で試験されています。プローブ濃度は、バックグラウンドの発生なしに強いシグナルを数時間に分以内に達成されたときに最適と考えられています。
興味の発現ドメインはMC-WISHによってその全範囲で検出されていることを確認するために、それは最も敏感な基質の組み合わせ、BCIP / NBTを使用して、単一ラベルWISH実験により各転写パターンを可視化することが不可欠です。これは、弱い発現ドメインは、マルチターゲット実験では見落とされていないことを保証します。他の基質の組み合わせの低い感度を補償することは、標準的なBCIP / NBT染色と比較して、プローブ濃度(三倍に)倍を使用することが不可欠です。
低pH不活性化
低pH不活性化工程は、につながることができます第二および第三の染色ラウンドで減少し、信号検出結果としてアンチセンスハプテン標識RNAプローブ/センスのmRNAハイブリッドの部分的な崩壊。感度の損失を最小限に抑えるために、不活性化ステップは、可能な限り短いです。我々は、低pHでの10分間のインキュベーション時間は、AP活性を排除するのに十分であることを経験しました。大量の後続の迅速な洗浄は、未結合の抗体-APコンジュゲートの急速な希釈を確保し、ハプテン化プローブに再結合するのを防ぎます。代替手順は、パラホルムアルデヒド固定し、熱不活性化が含まれます。しかし、色の沈殿物の一部は、安定したパラホルムアルデヒド固定がAPの完全な不活性化のために十分ではないかもしれない加熱されません。第1の印加抗体-APコンジュゲートの不完全な不活性化は、検出される第2のmRNA種との表現で偽陽性の重複につながるラウンド以下の検出におけるmRNAパターンの再可視化につながることができます。したがって、対照実験番目でE胚が最初に適用抗体-APコンジュゲートの不活性化した後、2つの画分に分割されます。二次抗体-APコンジュゲートは、制御画分から省略され、第二の色反応の信号を生成してはなりません。第二の色反応を最初に対応する信号分布パターンを生成する場合は、その後不活性化手順は効率的ではなかったです。この場合には、低pHの停止溶液中でのインキュベーション時間は、次の実験のために延長されるべきです。
AP基質アプリケーションの注文
感度は検出の後続の各ラウンドで降下するので、前より豊富転写物にあまり豊富でmRNAを検出することをお勧めします。ファスト染料が好ましく、より強い表現転写物の検出のための第一の染色ラウンドで適用されるように、また、ファストレッドとファーストブルー基板の組み合わせは、かなりpurpleblue BCIP / NBT染色よりも感度が低いです。これも時間その後のBCIP / NBT染色を監視しpurpleblue信号が軽く高速染料に関連して、あまりにも暗くなるまでの時間で停止させることができる利点など。したがって、標準的な2色の実験では、最初に強く発現されたmRNAは、ファストレッドによって検出され、第二BCIP / NBTずつ弱いです。しかし、しばらくして拡散するようになる沈殿物を生成した黄色INT基質の組み合わせを適用することができるファースト染料の代替として。したがって、BCIP / INTはもっぱら最後の染色ラウンドで適用されます。その結果、三色の実験では、我々は、多くの場合、最初のファストレッド、二BCIP / NBT(またはファーストブルー)と第3のINT基板を組み合わせて使用します。それはINTを適用するとき、できるだけ早くステンド胚を撮影することをお勧めであることに注意してください。
アゾ染料の蛍光検出
これは、暗い色の沈殿物が軽いものをシャドウイングされたときに発現パターンの重複を認識することが困難な場合があることができます。 Fまたは、例えば、強く開発BCIP / NBT沈殿物を軽量化、高速色素信号をマスクすることができます。この問題を回避する1つの方法は、各染色後すぐに画像をキャプチャし、次の検出のラウンドの前に適用された色の沈殿物を除去することです。この場合、アルコール可溶性アゾ染料(ファストレッド)及びINT沈殿物は、それぞれ、第一及び第二の検出ラウンド後にエタノール洗浄により除去され、BCIP / NBT染色は最後AP-基板26として適用されます。別の可能性は、アゾ染料の蛍光特性を利用することです。ファストレッド、ローダミンフィルターを用いて可視化することができるファストブルー遠赤色フィルタ28,29を用いて観察することができるが、27を設定します 。それはあまりにも稠密になり、アゾ色素の蛍光シグナルを消光しないように、比較または発色および蛍光画像のオーバーレイは、時間で停止しなければならない共distribution.Usingこのアプローチを、BCIP / NBT信号発達の部位を明らかにすることができます反応生成物。
The authors have nothing to disclose.
We thank our colleagues for cDNA plasmids for template generation. The authors’ work is supported by the Swedish Cancer Foundation (CAN 2010/553), the Swedish Foundation for International Cooperation in Research and Higher Education (IG2011-2042) and the Knut and Alice Wallenberg Foundation (KAW2012.0058).
Deionized, diethylpyrocarbonate (DEPC) treated water | Thermo Scientific | R0603 | |
T7 RNA Polymerase | Thermo Scientific | EP0111 | |
T3 RNA Polymerase | Thermo Scientific | EP0101 | |
SP6 RNA Polymerase | Thermo Scientific | EP0131 | |
RiboLock RNase Inhibitor | Thermo Scientific | EO0381 | |
DNase I, RNase-free | Thermo Scientific | EN0521 | |
NTP Set | Thermo Scientific | R0481 | |
Digoxigenin-11-UTP | Roche | 11209256910 | |
Fluorescein-12-UTP | Roche | 11427857910 | |
Biotin-16-UTP | Roche | 11388908910 | |
Ammonium acetate | Applichem | A2936 | |
Ethanol, absolute | Merck | 100983 | |
di-Sodium hydrogen phosphate | Scharlau | SO0339 | |
Sodium dihydrogen phosphate | Scharlau | SO0331 | |
Tween-20 | Sigma | P1379 | |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
Methanol | Sigma | 32213 | |
Proteinase K | Thermo Scientific | EO0491 | |
Glycine | Sigma | G7126 | |
Hydrochloric acid | Merck | 100317 | |
tri-Sodium citrate | Scharlau | SO0200 | |
deionized formamide | Applichem | A2156 | |
RNA type VI from torula yeast | Sigma | R6625 | |
Heparin sodium salt | Applichem | A3004 | |
Dextran sulfate sodium salt | Sigma | D6001 | |
Sheep serum | Sigma | S2263 | |
Sheep anti-biotin-AP Fab fragments | Roche | 11426303001 | |
Sheep anti-digoxigenin-alkaline phosphatase (AP) Fab fragments | Roche | 11093274910 | |
Sheep anti-fluorescein-AP Fab fragments | Roche | 11426303001 | |
Rabbit anti-dinitrophenyl-AP antibody | Vector laboratories | MB-3100 | |
Tris-(hydroxymethyl)-aminomethane | Scharlau | TR04241000 | |
Magnesium chloride | Scharlau | MA0036 | |
Sodium chloride | Scharlau | SO0227 | |
Levamisole | Sigma | L9756 | |
N,N-Dimethylformamide | Sigma | D4551 | |
Dimethylsulfoxide | Applichem | A3006 | |
Fast Red tablet set | Sigma | F4648 | |
Fast Blue BB salt | Sigma | F3378 | |
Naphthol-AS-MX-phosphate | Sigma | N5000 | |
Naphthol-AS-GR-phosphate | Sigma | N3625 | |
Naphthol-AS-BI-phosphate | Sigma | N2250 | |
Magenta-Phos | Biosynth | B7550 | |
INT | Sigma | I8377 | |
NBT | Applichem | A1243 | |
BCIP | Applichem | A1117 | |
INT/BCIP solution | Roche | 11681460001 | |
Glycerol 86-88% | Scharlau | GL0023 | |
Universal incubator | Memmert | BE400 | |
Waterbath | Memmert | WB14 | |
Heat block | Grant | QBT2 | |
Netwell inserts 15 mm | Corning | 3477 | |
Netwell carrier kit 15 mm | Corning | 3520 | |
12-well cell culture plate | Corning | 3513 | |
24-well plate | Sarstedt | 83.3922 | |
1.5 ml microtube | Sarstedt | 72.690.001 | |
2.0 ml microtube | Sarstedt | 72.691 |